硬件选型指南

机器人硬件选型是系统设计的第一步，直接决定了项目的成本、能力范围和研发周期。本文提供一个系统化的硬件选型决策框架。

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选型决策树

graph TD
    START[开始选型] --> USE_CASE{用途?}

    USE_CASE -->|研究/学术| RESEARCH[研究项目]
    USE_CASE -->|教学/入门| EDU[教学项目]
    USE_CASE -->|产品/工业| PROD[产品开发]

    RESEARCH --> BUDGET_R{预算?}
    BUDGET_R -->|< $500| R_LOW["SO-100 / Koch v1.1<br/>+ USB 摄像头<br/>+ 笔记本"]
    BUDGET_R -->|$500 - $5K| R_MID["Koch 双臂 / GELLO<br/>+ Jetson Orin NX<br/>+ RealSense D435i"]
    BUDGET_R -->|$5K - $50K| R_HIGH["ALOHA / Mobile ALOHA<br/>+ Jetson AGX Orin<br/>+ 多相机 + LiDAR"]
    BUDGET_R -->|> $50K| R_TOP["Franka + LEAP Hand<br/>+ GPU 工作站<br/>+ 动捕 + 力传感器"]

    EDU --> EDU_CHOICE["SO-100<br/>+ USB 摄像头<br/>+ LeRobot"]

    PROD --> PROD_TYPE{产品类型?}
    PROD_TYPE -->|操作| PROD_MANIP["UR/Franka + OnRobot<br/>+ AGX Orin + 工业相机"]
    PROD_TYPE -->|移动| PROD_MOBILE["定制底盘<br/>+ Orin NX + LiDAR<br/>+ 多 RealSense"]
    PROD_TYPE -->|人形| PROD_HUMANOID["定制 QDD 执行器<br/>+ Jetson Thor<br/>+ 全身传感器"]

    style START fill:#e3f2fd
    style R_LOW fill:#e8f5e9
    style R_MID fill:#e8f5e9
    style R_HIGH fill:#e8f5e9
    style R_TOP fill:#e8f5e9
    style EDU_CHOICE fill:#fff3e0
    style PROD_MANIP fill:#fce4ec
    style PROD_MOBILE fill:#fce4ec
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预算分级方案

教育入门级：< $500

目标：低成本验证算法、学习 LeRobot 流程。

组件	选择	成本
机械臂	SO-100 (Leader + Follower 双臂遥操作)	$220
相机	2x USB 摄像头 (Logitech C920)	$100
计算	个人笔记本 + 云端 GPU (Colab/Lambda)	$0 (已有)
其他	USB Hub, 支架, 3D 打印件	$50
总计		~$370

能做什么：

• LeRobot 数据收集与训练（ACT, Diffusion Policy）
• 简单抓取/放置任务
• 算法对比实验
• 理解遥操作和数据收集的完整流程

局限：力矩小、精度低、5 DOF、舵机质量一般。

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研究原型级：$500 - $5K

目标：完整的操作学习研究平台。

组件	选择	成本
机械臂	Koch v1.1 双臂 (Leader + Follower)	$680
遥操作 (可选)	GELLO (适配多种目标臂)	$200
计算 (推理)	Jetson Orin NX 16GB	$600
计算 (训练)	RTX 4090 工作站 或 云端	$1,600 或按时租
深度相机	Intel RealSense D435i x 2	$600
力传感器 (可选)	Bota SensONE	$2,000
其他	支架, 线缆, 电源	$200
总计		$2,000 - $5,000

能做什么：

• 完整的双臂操作研究
• 视觉+力觉多模态策略
• 6DOF 操作任务（叠衣、倒水等中等复杂度）
• MoveIt 2 运动规划集成
• LeRobot 全流程研究

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高级研究级：$5K - $50K

目标：接近发表水平的研究平台。

组件	选择	成本
机械臂	ALOHA 双臂系统	$20,000
或移动版	Mobile ALOHA	$32,000
灵巧手 (可选)	LEAP Hand	$2,000
相机	4x RealSense D435i + ZED 2	$2,000
LiDAR (移动版)	Livox Mid-360	$500
触觉传感器 (可选)	GelSight Mini x 2	$1,000
计算 (推理)	Jetson AGX Orin 64GB	$1,600
计算 (训练)	2x A100 80GB 或租用	$30,000 或按时租
总计		$20,000 - $50,000

能做什么：

• ACT / Diffusion Policy 完整复现
• 移动操作任务
• VLA 模型微调与部署
• 灵巧操作（搭配 LEAP Hand）
• 高质量数据收集，发表顶会论文

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生产试点级：> $50K

组件	选择	成本
机械臂	工业臂 (Franka Emika Panda x 2)	$60,000
灵巧手	LEAP Hand / Allegro Hand	\(2,000-\)15,000
传感器套件	ATI F/T + GelSight + 多相机	$20,000
动作捕捉	OptiTrack (6 camera)	$30,000
计算 (推理)	Jetson AGX Orin 64GB	$1,600
计算 (训练)	8x H100 DGX 或云端	$200,000+
安全系统	急停、力限制、围栏	$5,000
总计		$100,000+

能做什么：

• 接近产品化的机器人操作系统
• 大规模数据收集和 VLA 训练
• 人机协作安全验证
• 长时间无人值守实验

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传感器选型矩阵

视觉传感器

需求	首选	备选	价格	理由
桌面操作 (室内)	RealSense D435i	Orbbec Gemini 2	~$300	深度+RGB, 成本低
近距操作	RealSense D405	—	~$300	短距高精度深度
移动导航 (室内)	RealSense D455	ZED Mini	~$350	宽基线
室外	ZED 2i	—	~$500	被动立体不受阳光影响
高速场景	FLIR Blackfly (全局快门)	事件相机	~$500	无运动模糊
多视角覆盖	3-4x Logitech C922	—	~$70/个	低成本多视角

LiDAR

需求	首选	备选	价格	理由
2D 导航	RPLIDAR A1/S2	—	~$100	低成本
3D SLAM (低成本)	Livox Mid-360	—	~$500	性价比极高
3D SLAM (高精度)	Ouster OS1-64	Velodyne VLP-16	$5K+	高线数
室外远距	Livox HAP	—	~$1,000	150m 测距

力/触觉传感器

需求	首选	备选	价格	理由
精密力控装配	ATI Mini45/Nano17	OnRobot HEX-E	~$5K	精度+带宽
碰撞检测	Robotiq FT 300	Bota SensONE	~$2K	够用+低成本
灵巧操作研究	GelSight Mini	DIGIT	~$300	高分辨率视触觉
简单接触检测	FSR 薄膜传感器	—	~$5	最低成本
大面积覆盖	ReSkin	XELA uSkin	$200+	薄膜阵列

位置/姿态传感器

传感器	用途	精度	价格
关节编码器 (内置)	关节角度	0.088°	含在电机中
OptiTrack	外部动捕	亚毫米	$10K+
iPhone ARKit	6-DoF 追踪 (UMI)	cm 级	(使用已有 iPhone)
Vicon	精密动捕	0.1mm	$50K+

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计算平台选型

按工作负载选择

工作负载	最低配置	推荐配置	功耗
2D 导航 + 避障	Jetson Orin Nano 8GB	Jetson Orin NX 8GB	<15W
3D SLAM + 导航	Jetson Orin NX 8GB	Jetson Orin NX 16GB	10-25W
目标检测 (YOLO)	Jetson Orin Nano 8GB	Jetson Orin NX 16GB	10-25W
视觉策略推理 (小模型)	Jetson Orin Nano 8GB	Jetson Orin NX 8GB	<15W
VLA 推理 (3B)	Jetson AGX Orin 32GB	Jetson AGX Orin 64GB	30-60W
VLA 推理 (7B+)	Jetson AGX Orin 64GB	Jetson Thor	40-60W
多传感器融合	Jetson Orin NX 16GB	Jetson AGX Orin 32GB	15-50W

训练 vs 推理分离

典型的训练-部署分离方案：

训练: 云端/工作站 GPU (A100/H100/4090)
  ↓ 模型导出 (PyTorch → ONNX)
  ↓ 推理优化 (ONNX → TensorRT FP16/INT8)
推理: 机载 Jetson (Orin NX/AGX Orin)

更详细的计算平台信息请参考 计算平台。

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按研究方向推荐配置

模仿学习入门

机械臂: Koch v1.1 或 SO-100 ($110-$250)
相机: 2x USB 摄像头 ($100)
计算: 笔记本 + Jetson Orin Nano ($300)
软件: LeRobot
总成本: ~$600-$800

双臂操作

机械臂: ALOHA 双臂系统 ($20K)
相机: 4x C922 (ALOHA 标配) ($280)
计算: Jetson Orin NX + RTX 4090 工作站 ($2,200)
软件: ACT / Diffusion Policy
总成本: ~$23K

灵巧操作

机械臂: Franka Panda 或 Koch v1.1
灵巧手: LEAP Hand ($2K)
传感器: 触觉 (GelSight/DIGIT) + 力传感器
计算: AGX Orin 推理 + A100 训练
软件: Isaac Gym (仿真) + 自定义真机部署
总成本 (低成本版): ~$5K | (高端版): ~$40K

移动操作

平台: Mobile ALOHA ($32K)
额外传感器: LiDAR (Livox Mid-360, $500)
计算: AGX Orin 64GB ($1,600)
软件: ROS2 Nav2 + 操作策略
总成本: ~$35K

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采购实用建议

国内采购渠道

组件	渠道
Dynamixel 电机	ROBOTIS 淘宝旗舰店 / 淘宝代理商
Feetech 舵机	飞特官方淘宝店
Intel RealSense	京东自营 / 英特尔授权经销商
Jetson	英伟达授权经销商 / 亚博智能 / 微雪电子
LiDAR	厂商官方淘宝店 (Livox, RPLIDAR)
3D 打印件	自行打印 / 淘宝嘉立创3D打印
铝型材	淘宝 (米思米, 欧标2020/2040)

Dynamixel 电机注意事项

• 区分 Leader/Follower 用途: XL330 (Leader, 低力矩) vs XL430/XM430 (Follower, 高力矩)
• 批量折扣: 10 个以上可联系经销商谈价
• 备件: 建议多买 1-2 个备用电机
• 电源: 12V 系列务必使用稳定电源，劣质电源导致通信不稳

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常见误区

选型避坑指南

1. 过度追求 DOF: 很多任务 5-6 DOF 足够，不需要 7 DOF
2. 忽视软件生态: 硬件再好，没有配套软件（LeRobot/ROS2）也难以使用
3. 低估相机重要性: 视觉策略的性能很大程度取决于相机质量和布局
4. 忽略力传感器: 接触丰富的任务需要力反馈，纯视觉不够
5. 计算平台过度配置: 很多策略模型在 Orin NX 上就能流畅运行，不必一步到位 AGX
6. 忽视安全: 研究阶段也需要急停按钮和力限制
7. USB 带宽争抢: 多相机使用同一 USB 控制器会争抢带宽，需分配到不同控制器
8. 3D 打印精度: 关节配合面建议留 0.2-0.3mm 余量
9. 散热问题: Jetson 高负载时会降频，必须确保散热（风扇/散热片）
10. 线缆管理: 运动关节处的线缆使用柔性扁线、预留弯曲半径

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相关章节

• 传感器 - 传感器详细技术参数
• 执行器与驱动 - 电机和驱动器选型详解
• 计算平台 - 计算硬件深入对比（Jetson、FPGA、云端 GPU）
• 开源硬件 - 各开源平台详细构建指南和 BOM
• 遥操作与数据收集 - 数据收集方法论
• LeRobot 等开源框架 - 软件框架选型
• ROS2 架构 - ROS2 系统设计

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